“挖坑”方法在《操作系统》教学中的应用

潘丽丽

摘 要：操作系统课程作为计算机类的专业基础课，理论性强，知识点抽象，不易理解。在教育教学改革的活动中，教学方法同样需要改革，“挖坑”的方法突破了以往教师讲，学生听的传统模式，将课堂归还给学生，采用创新的理念加强学生学习的主动性。

关键词：教学改革;操作系统;“挖坑”方法

操作系统课程是计算机专业的专业基础课，在专业课程体系中占有非常重要的地位，在软件开发，网络维护及硬件驱动等各学科中，操作系统原理都為其提供了技术支持。然而，作为一门原理性的课程，它抽象、晦涩、不容易理解，学生在学习的过程中往往感到难度很大，能将其理论知识在具体实践中进行应用的学生更是少之用少。

近年来，随着教学改革的不断深化，教学手段不断更新，教学方法也不断改进，以“学生为主体”，“将课堂归还给学生”的理念逐步被更多的教师所接受和践行，本文将从具体的教学方法中阐述用给学生“挖坑”的方法，使抽象的理论知识更易于学生接受和掌握。

一、什么是“挖坑”理论

（一）“挖坑”的概念

这里所提到的“挖坑”理论有别于经济学研究中的“挖坑”。在操作系统教学的过程中，如经典的PV原语、进程调度等内容对学生而言，这些知识很抽象，不容易理解和掌握。在笔者所在的独立院校中，大部分学生对教师在课堂中给出的答案即作为结论进行记忆，很少有学生会提出异议或者有更优于现实的算法和想法，学生的学习更多的是处于被动状态。因此，在课堂中开始转变教学方法迫在眉睫。“挖坑”方法就是通过循序渐进的利用知识点给学生设置“障碍”，即“挖坑”，让学生掉进“坑”里后，再通过对知识的了解和理解，从“坑里”爬出来，通过这样的方法培养学生逐步建立起主动学习的兴趣，再通过进一步引导，促进学生对抽象知识的理解和掌握。在课程设计的过程中，学生可以通过对知识的理解和贯通，建立起实践的框架，为日后操作系统在各学科中的具体应用打下坚实的基础。

（二）哪些情景适合“挖坑”

在讲授一些抽象的理论时，学生往往采用死记硬背的方法来完成学习任务。事实上，这种方法对学生学习能力的培养毫无益处。教师使用“挖坑”的方法讲授抽象的理论，能够加深学生对知识点的印象，继而达到融会贯通的目的。

二、“挖坑”方法在操作系统课程中的具体使用

（一）在进程调度中的使用

在教学的过程中发现学生对进程调度中的时间片轮转法的理解不清晰，而时间片轮转法又是分时操作系统中重要的调度算法，是其后的多级反馈队列调度算法的基础。在讲授该算法时，首先明确进程在就绪队列中是按照FCFS的算法进行调度，分配CPU。但随着进程调度的开始，会有不同的进程在不同的时刻到达系统，这样在就绪队列中等待调度的进程的类型就分为：上一个时间片没完成任务的进程，原来就存在于就绪队列中的进程，第三种就是在该时刻刚到达系统的进程。这三类进程在某一时刻，将同时存在就绪队列中，他们应该是怎样的排队方式，决定了系统会将时间片分给哪个进程，继而会对进程的周转时间产生影响。教师先将这样的矛盾抛给学生，让他们以小组的方式进行讨论：在该算法中，有一种进程的位置是明确的，即在上一个时间片中未完成任务的进程一定是排在就绪队列的末尾。那么，另外两类进程它们的位置应该如何确定呢？事实上，正如所了解的一样，算法没有对错，只有哪种算法更利于资源的利用。在学生小组讨论结束后，教师充分听取每组代表所阐述的结论，再开始讲解第一种算法，即就绪队列顺序为：某时刻刚到达系统的进程，就绪队列中原有的进程，和上一时间片没完成任务的进程。这样，“利用”大多数学生对教师的充分信任，就已经把“坑”给学生挖好了，大多数学生会认为这就是标准的，唯一的算法。然后教师再引导学生从进程的状态考虑，如果采用这样的策略，是否对所有的进程都相对公平公正？因为会不断有新进程到达系统，这样，可能导致就绪队列中的原有进程会长时间得不到调度，不能处于执行状态，会造成进程的饥饿，进而导致进程会被挂起。因此，第一种算法在资源分配的均衡性上尚需完善，从而引导学生自己动手判断哪种算法更优。在教学过程中发现，刚接触操作系统的学生往往不能够将轮转调度算法和进程的状态转换两个知识点相关联，而通过这种方式“挖坑”，既增强学生对算法的理解和掌握，也把进程状态转换的知识进行了巩固和应用。由此可见，这种“挖坑”的方式还有利于学生在学习的过程中，将核心知识点与基本知识点相融合。

（二）在PV原语中的简单应用

PV原语是操作系统中的另外一个难点，在课堂教学中容易出现“课堂上能听懂，课下做题全忘光”的现象。为加深学生的印象，可以充分使用“挖坑”方法，如在记录型信号量的讲解中，可以使用网络中共享打印机的案例，每次申请资源都会产生-1的操作，让学生自行进行减法操作，当资源减到0，直至减到负数的情况，发生了哪些事情，这些事情对进程会产生怎样的影响，进程将会何去何从，逐步引导学生理解信号量的申请和释放操作，为后面进程同步知识的学习做好铺垫。

“挖坑”的方法在讲解存储器管理，虚拟存储，以及磁盘管理中都能够起到事半功倍的效果。在具体的讲授过程中，教师应该能够将抽象的知识形象化，在使用“挖坑”的方法夯实基础知识的同时培养学生想象力和逆向思维的能力，将创新的理念也融于理论课的教学之中。

参考文献：

[1]刘熹.云技术时代高校计算机的教学方法改革研究[J].电脑知识与技术.2019年17期.

[2]赵静文，刘翔等.操作系统课程启发式教学方法探索[J].教育教学论坛.2020年10期.

[3]汤小丹，梁红兵等.计算机操作系统.西安电子科技大学出版社.2014年5月.